Vodonik - šta je to? Svojstva i vrijednost. Vodik - šta je ovo supstanca? Hemijska i fizička svojstva vodonika

Vodonik je poseban element koji zauzima dvije ćelije odjednom periodični sistem Mendeljejev. Nalazi se u dvije grupe elemenata sa suprotnim svojstvima, a ova karakteristika ga čini jedinstvenim. Vodonik je jednostavna supstanca i sastavni dio mnogih složenih jedinjenja, organogeni je i biogeni element. Vrijedi se detaljno upoznati s njegovim glavnim karakteristikama i svojstvima.

Vodonik u Mendeljejevom periodičnom sistemu

Glavne karakteristike vodonika navedene su u:

• serijski broj elementa je 1 (postoji isti broj protona i elektrona);
• atomska masa je 1,00795;
• vodonik ima tri izotopa, od kojih svaki ima posebna svojstva;
• zbog sadržaja samo jednog elektrona, vodonik je u stanju da ispoljava redukciona i oksidaciona svojstva, a nakon doniranja elektrona, vodonik ima slobodnu orbitalu, koja učestvuje u formiranju hemijskih veza prema mehanizmu donor-akceptor;
• vodonik je lagani element male gustine;
• vodonik je jak redukcijski agens, otvara grupu alkalni metali u prvoj grupi glavne podgrupe;
• kada vodik reagira s metalima i drugim jakim redukcijskim agensima, on prihvaća njihov elektron i postaje oksidacijski agens. Takva jedinjenja nazivaju se hidridi. Prema navedenoj osobini, vodonik uslovno spada u grupu halogena (u tabeli je iznad fluor u zagradama), sa kojima ima sličnosti.

Vodonik kao jednostavna supstanca

Vodonik je gas čija se molekula sastoji od dva. Ovu supstancu je 1766. godine otkrio britanski naučnik Henry Cavendish. Dokazao je da je vodonik plin koji eksplodira u interakciji s kisikom. Nakon proučavanja vodonika, hemičari su otkrili da je ova supstanca najlakša od svih poznatih čovjeku.

Drugi naučnik, Lavoisier, dao je elementu ime "hidrogenijum", što na latinskom znači "rađanje vode". Henry Cavendish je 1781. godine dokazao da je voda kombinacija kisika i vodonika. Drugim riječima, voda je proizvod reakcije vodonika s kisikom. Zapaljiva svojstva vodonika bila su poznata čak i drevnim naučnicima: odgovarajuće zapise ostavio je Paracelzus, koji je živeo u 16. veku.

Molekularni vodonik je prirodno plinovito jedinjenje uobičajeno u prirodi, koje se sastoji od dva atoma i kada se pojavi gorući komadić. Molekula vodonika može se raspasti na atome koji se pretvaraju u jezgra helijuma, budući da su u stanju da učestvuju u nuklearne reakcije. Takvi se procesi redovno dešavaju u svemiru i na Suncu.

Vodik i njegova fizička svojstva

Vodik ima sljedeće fizičke parametre:

• ključa na -252,76 °C;
• topi se na -259,14 °C; *unutar navedenih temperaturnih granica, vodonik je bezbojna tečnost bez mirisa;
• vodonik je slabo rastvorljiv u vodi;
• vodonik teoretski može preći u metalno stanje kada se obezbedi posebnim uslovima(niske temperature i visoki pritisak);
• čisti vodonik je eksplozivna i zapaljiva supstanca;
• vodonik može difundirati kroz debljinu metala, stoga se dobro otapa u njima;
• vodonik je 14,5 puta lakši od vazduha;
• pod visokim pritiskom mogu se dobiti kristali čvrstog vodonika nalik snijegu.

Hemijska svojstva vodonika

Laboratorijske metode:

• interakcija razrijeđenih kiselina s aktivnim metalima i metalima srednje aktivnosti;
• hidroliza metalnih hidrida;
• reakcija sa vodom alkalnih i zemnoalkalnih metala.

Jedinjenja vodonika:

Halogenidi vodika; hlapljiva vodikova jedinjenja nemetala; hidridi; hidroksidi; vodonik hidroksid (voda); vodikov peroksid; organska jedinjenja (proteini, masti, ugljeni hidrati, vitamini, lipidi, esencijalna ulja, hormoni). Kliknite da vidite sigurne eksperimente o proučavanju svojstava proteina, masti i ugljikohidrata.

Da biste prikupili rezultirajući vodonik, morate epruvetu držati okrenutom naopako. Vodik se ne može sakupljati kao ugljični dioksid, jer je mnogo lakši od zraka. Vodonik brzo isparava, a kada se pomiješa sa zrakom (ili u velikoj akumulaciji) eksplodira. Zbog toga je potrebno preokrenuti cijev. Odmah nakon punjenja epruveta se zatvara gumenim čepom.

Da biste provjerili čistoću vodonika, potrebno je prinijeti upaljenu šibicu na vrat epruvete. Ako dođe do gluhog i tihog pucanja, plin je čist, a nečistoće zraka minimalne. Ako je pucanje glasno i zviždanje, plin u epruveti je prljav, sadrži veliki udio stranih komponenti.

Pažnja! Ne pokušavajte sami ponoviti ove eksperimente!

U radovima hemičara 16. i 17. vijeka više puta se pominje oslobađanje zapaljivog plina prilikom djelovanja kiselina na metale. G. Cavendish je 1766. prikupio i ispitao oslobođeni plin, nazivajući ga "zapaljivim zrakom". Budući da je pristalica teorije flogistona, Cavendish je vjerovao da je ovaj plin čisti flogiston. Godine 1783. A. Lavoisier je analizom i sintezom vode dokazao složenost njenog sastava, a 1787. definisao je "zapaljivi vazduh" kao novi hemijski element(Vodonik) i dao mu moderno ime hidrogen (od grčkog hydor - voda i gennao - rađati), što znači "rađanje vode"; ovaj korijen se koristi u nazivima vodikovih spojeva i procesa s njegovim učešćem (na primjer, hidridi, hidrogenacija). Savremeni ruski naziv "vodonik" predložio je M.F. Solovjov 1824. godine.

Rasprostranjenost vodonika u prirodi. Vodonik je široko rasprostranjen u prirodi, njegov sadržaj u zemljinoj kori (litosfera i hidrosfera) iznosi 1% po masi, a 16% po broju atoma. Vodik je deo najzastupljenije supstance na Zemlji - vode (11,19% vodonika po masi), u jedinjenjima koja čine ugalj, naftu, prirodne gasove, glinu, kao i životinjske i biljne organizme (odnosno u sastavu proteini, nukleinske kiseline, masti, ugljeni hidrati itd.). Vodik je izuzetno rijedak u slobodnom stanju; nalazi se u malim količinama u vulkanskim i drugim prirodnim plinovima. Zanemarljive količine slobodnog vodonika (0,0001% po broju atoma) su prisutne u atmosferi. U svemiru blizu Zemlje, vodonik u obliku struje protona formira unutrašnji ("protonski") radijacijski pojas Zemlje. Vodonik je najzastupljeniji element u svemiru. U obliku plazme, čini otprilike polovinu mase Sunca i većine zvijezda, najveći dio plinova međuzvjezdanog medija i plinovitih maglina. Vodonik je prisutan u atmosferi brojnih planeta i u kometama u obliku slobodnog H 2 , metana CH 4 , amonijaka NH 3 , vode H 2 O, radikala kao što su CH, NH, OH, SiH, PH, itd. Vodik ulazi u obliku protonskog fluksa u korpuskularno zračenje Sunca i kosmičkih zraka.

Izotopi, atom i molekula vodika. Obični vodonik se sastoji od mješavine 2 stabilna izotopa: lakog vodonika, ili protijuma (1 H), i teškog vodonika, ili deuterijuma (2 H, ili D). U prirodnim jedinjenjima vodonika ima u prosjeku 6800 atoma 1 H po 1 atomu 2 H. Radioaktivni izotop sa maseni broj 3 se naziva superteški vodonik, ili tricijum (3 H, ili T), sa mekim β-zračenjem i poluživotom T ½ = 12,262 godine. U prirodi se tricij formira, na primjer, iz atmosferskog dušika pod djelovanjem neutrona kosmičkih zraka; u atmosferi je zanemariv (4 10 -15% od ukupan broj atomi vodonika). Dobijen je izuzetno nestabilan izotop 4 H. Maseni brojevi izotopa 1 H, 2 H, 3 H i 4 H, odnosno 1, 2, 3 i 4, ukazuju da jezgro atoma protijuma sadrži samo jedan proton, deuterijum - jedan proton i jedan neutron, tricijum - jedan proton i 2 neutrona, 4 H - jedan proton i 3 neutrona. Velika razlika u masama izotopa vodika uzrokuje uočljiviju razliku u njihovim fizičkim i hemijskim svojstvima nego u slučaju izotopa drugih elemenata.

Atom vodika ima najjednostavniju strukturu među atomima svih ostalih elemenata: sastoji se od jezgre i jednog elektrona. Energija veze elektrona sa jezgrom (jonizacioni potencijal) je 13,595 eV. Neutralni atom Vodik također može vezati drugi elektron, formirajući negativni ion H - u ovom slučaju, energija vezivanja drugog elektrona sa neutralnim atomom (afinitet elektrona) je 0,78 eV. Kvantna mehanika omogućava da se izračunaju svi mogući energetski nivoi atoma vodika i, posljedično, da se da potpuna interpretacija njegovog atomskog spektra. Atom vodonika se koristi kao model atoma u kvantnim mehaničkim proračunima energetskih nivoa drugih, složenijih atoma.

Molekul vodonika H 2 sastoji se od dva atoma povezana kovalentnom hemijskom vezom. Energija disocijacije (tj. raspadanja na atome) je 4,776 eV. Međuatomska udaljenost u ravnotežnom položaju jezgara je 0,7414Å. Na visokim temperaturama, molekularni vodonik disocira na atome (stepen disocijacije na 2000°C je 0,0013; na 5000°C je 0,95). Atomski vodonik se također formira u raznim hemijske reakcije(na primjer, djelovanje Zn na hlorovodoničnu kiselinu). Međutim, postojanje vodika u atomskom stanju traje samo kratko vrijeme, atomi se rekombinuju u H 2 molekule.

Fizička svojstva vodonika. Vodonik je najlakša od svih poznatih supstanci (14,4 puta lakša od vazduha), gustine 0,0899 g/l na 0°C i 1 atm. Vodik ključa (ukapljuje) i topi se (učvršćuje) na -252,8°C i -259,1°C, respektivno (samo helijum ima više niske temperature topljenje i ključanje). Kritična temperatura vodonika je veoma niska (-240°C), pa je njegovo ukapljivanje povezano sa velikim poteškoćama; kritični pritisak 12,8 kgf / cm 2 (12,8 atm), kritična gustina 0,0312 g / cm 3. Vodonik ima najveću toplotnu provodljivost od svih gasova, jednaku 0,174 W/(m·K) na 0°C i 1 atm, odnosno 4,16·10 -4 cal/(s·cm·°S). Specifična toplota Vodonik na 0°C i 1 atm C p 14,208 kJ/(kg K), odnosno 3,394 cal/(g°C). Vodik je slabo rastvorljiv u vodi (0,0182 ml / g na 20 ° C i 1 atm), ali dobro - u mnogim metalima (Ni, Pt, Pa i drugi), posebno u paladijumu (850 zapremina na 1 zapreminu Pd). Rastvorljivost vodonika u metalima povezana je s njegovom sposobnošću da difundira kroz njih; difuzija kroz leguru ugljika (na primjer, čelik) ponekad je praćena uništenjem legure zbog interakcije vodika s ugljikom (tzv. dekarbonizacija). Tečni vodonik je vrlo lagan (gustina na -253°C 0,0708 g/cm3) i fluidan (viskozitet na -253°C 13,8 centipoise).

Hemijska svojstva vodonika. U većini jedinjenja, vodonik pokazuje valenciju (tačnije, oksidaciono stanje) od +1, kao natrijum i drugi alkalni metali; obično se smatra analogom ovih metala, naslovna grupa I Mendeljejevskog sistema. Međutim, u metalnim hidridima, vodikov ion je negativno nabijen (oksidacijsko stanje -1), odnosno Na + H - hidrid je građen kao Na + Cl - hlorid. Ova i neke druge činjenice (blizina fizičkih svojstava vodonika i halogena, sposobnost halogena da zamjene vodonik u organskim jedinjenjima) daju osnovu da se vodonik uvrsti iu VII grupu periodnog sistema. At normalnim uslovima molekularni vodonik je relativno neaktivan, direktno se kombinuje samo sa najaktivnijim nemetalima (sa fluorom, a na svetlosti i sa hlorom). Međutim, kada se zagrije, reagira s mnogim elementima. Atomski vodonik ima povećanu hemijsku aktivnost u poređenju sa molekularnim vodonikom. Vodik se spaja sa kiseonikom i formira vodu:

H 2 + 1/2 O 2 \u003d H 2 O

sa oslobađanjem od 285,937 kJ / mol, odnosno 68,3174 kcal / mol topline (na 25 ° C i 1 atm). Na uobičajenim temperaturama, reakcija se odvija izuzetno sporo, iznad 550 ° C - uz eksploziju. Granice eksplozivnosti smeše vodonik-kiseonik su (po zapremini) od 4 do 94% H 2, a mešavine vodonika i vazduha - od 4 do 74% H 2 (mešavina 2 zapremine H 2 i 1 zapremine O 2 naziva se eksplozivni gas). Vodik se koristi za redukciju mnogih metala, jer oduzima kisik njihovim oksidima:

CuO + H 2 \u003d Cu + H 2 O,

Fe 3 O 4 + 4H 2 \u003d 3Fe + 4H 2 O, itd.

Sa halogenima Vodik stvara vodonik halogenide, na primjer:

H 2 + Cl 2 \u003d 2HCl.

Vodonik eksplodira sa fluorom (čak i u mraku i na -252°C), sa hlorom i bromom reaguje samo kada se osvetli ili zagreje, a sa jodom samo kada se zagreje. Vodik reaguje sa dušikom i nastaje amonijak:

ZN 2 + N 2 \u003d 2NH 3

samo na katalizatoru i na povišenim temperaturama i pritiscima. Kada se zagrije, vodik snažno reagira sa sumporom:

H 2 + S \u003d H 2 S (vodonik sulfid),

mnogo teže sa selenom i telurom. Vodik može reagirati s čistim ugljikom bez katalizatora samo na visokim temperaturama:

2H 2 + C (amorfni) = CH 4 (metan).

Vodik direktno reaguje sa nekim metalima (alkalijski, zemnoalkalni i drugi), formirajući hidride:

H 2 + 2Li = 2LiH.

Bitan praktična vrijednost imaju reakcije vodonika sa ugljičnim monoksidom (II), u kojima, ovisno o temperaturi, tlaku i katalizatoru, nastaju različita organska jedinjenja, na primjer HCHO, CH 3 OH i drugi. Nezasićeni ugljikovodici reagiraju s vodikom kako bi postali zasićeni, na primjer:

C n H 2n + H 2 \u003d C n H 2n + 2.

Uloga vodonika i njegovih spojeva u hemiji je izuzetno velika. Vodik određuje kisela svojstva takozvanih protonskih kiselina. Vodik ima tendenciju da formira takozvanu vodikovu vezu sa određenim elementima, što ima odlučujući uticaj na svojstva mnogih organskih i neorganskih elemenata. organska jedinjenja.

Dobivanje vodonika. Glavne vrste sirovina za industrijsku proizvodnju vodonika su prirodni zapaljivi gasovi, gas iz koksnih peći i gasovi za preradu nafte. Vodonik se takođe dobija iz vode elektrolizom (na mestima sa jeftinom strujom). na najvažnije načine proizvodnja vodonika iz prirodni gas su katalitička interakcija ugljikovodika, uglavnom metana, s vodenom parom (konverzija):

CH 4 + H 2 O \u003d CO + ZH 2,

i nepotpuna oksidacija ugljikovodika kisikom:

CH 4 + 1/2 O 2 \u003d CO + 2H 2

Nastali ugljen monoksid (II) je takođe podvrgnut konverziji:

CO + H 2 O \u003d CO 2 + H 2.

Vodik proizveden iz prirodnog gasa je najjeftiniji.

Vodonik se izoluje iz koksnog gasa i rafinerijskih gasova uklanjanjem preostalih komponenti gasne mešavine, koje se lakše ukapljuju od vodonika, nakon dubokog hlađenja. Elektroliza vode se provodi jednosmjernom strujom, propuštajući je kroz otopinu KOH ili NaOH (kiseline se ne koriste da bi se izbjegla korozija čelične opreme). Vodik se proizvodi u laboratorijama elektrolizom vode, kao i reakcijom između cinka i hlorovodonične kiseline. Međutim, češće koriste gotov vodonik u cilindrima.

Primjena vodonika. AT industrijske razmjere Vodonik je počeo da se dobija krajem 18. veka za punjenje baloni. Trenutno se vodonik široko koristi u hemijskoj industriji, uglavnom za proizvodnju amonijaka. Veliki potrošač vodonika je i proizvodnja metilnih i drugih alkohola, sintetičkog benzina i drugih proizvoda dobijenih sintezom od vodonika i ugljičnog monoksida (II). Vodik se koristi za hidrogenizaciju čvrstih i teških tečna goriva, masti i dr., za sintezu HCl, za hidrotretman naftnih derivata, u zavarivanju i rezanju metala kisik-vodikovim plamenom (temperatura do 2800°C) i u atomskom vodoničnom zavarivanju (do 4000°C). Veoma važna aplikacija u nuklearne energije pronađeni izotopi vodonika - deuterijum i tricijum.

U periodnom sistemu ima svoje određenom mestu pozicija koja odražava svojstva koja pokazuje i govori o njegovoj elektronskoj strukturi. Međutim, među svima postoji jedan poseban atom koji zauzima dvije ćelije odjednom. Nalazi se u dvije grupe elemenata koji su potpuno suprotni po svojim manifestiranim svojstvima. Ovo je vodonik. Ove karakteristike ga čine jedinstvenim.

Vodik nije samo element, već i jednostavna tvar, kao i sastavni dio mnogih složenih spojeva, biogeni i organogeni element. Stoga ćemo detaljnije razmotriti njegove karakteristike i svojstva.

Vodonik kao hemijski element

Vodonik je element prve grupe glavne podgrupe, kao i sedme grupe glavne podgrupe u prvom malom periodu. Ovaj period se sastoji od samo dva atoma: helijuma i elementa koji razmatramo. Hajde da opišemo glavne karakteristike položaja vodonika u periodnom sistemu.

1. Serijski broj vodonika je 1, broj elektrona je isti, odnosno broj protona je isti. Atomska masa- 1,00795. Postoje tri izotopa ovog elementa s masenim brojevima 1, 2, 3. Međutim, svojstva svakog od njih su vrlo različita, jer je povećanje mase čak i za jedan za vodonik odmah dvostruko.
2. Činjenica da sadrži samo jedan elektron na vanjskoj strani omogućava mu da uspješno pokazuje i oksidirajuća i redukcijska svojstva. Osim toga, nakon doniranja elektrona, on ostaje slobodna orbitala, koja učestvuje u formiranju hemijskih veza prema mehanizmu donor-akceptor.
3. Vodik je jak redukcijski agens. Stoga se prva grupa glavne podgrupe smatra njegovim glavnim mjestom, gdje on najviše vodi aktivni metali- alkalna.
4. Međutim, u interakciji s jakim redukcijskim agensima, kao što su, na primjer, metali, može biti i oksidacijski agens, prihvatajući elektron. Ova jedinjenja se nazivaju hidridi. Po tom osnovu predvodi podgrupu halogena, sa kojima je sličan.
5. Zbog svoje vrlo male atomske mase, vodonik se smatra najlakšim elementom. Osim toga, njegova gustina je također vrlo niska, tako da je također mjerilo za lakoću.

Dakle, očito je da je atom vodika potpuno jedinstven, za razliku od svih ostalih elemenata. Samim tim i njegova svojstva su posebna, a veoma su važne i jednostavne i složene supstance koje nastaju. Razmotrimo ih dalje.

jednostavna supstanca

Ako govorimo o ovom elementu kao molekulu, onda moramo reći da je dvoatomski. Odnosno, vodonik (jednostavna supstanca) je gas. Njegova empirijska formula biće zapisana kao H 2, a grafička - kroz jednostruku sigma vezu H-H. Mehanizam stvaranja veze između atoma je kovalentni nepolaran.

1. Parna reforma metana.
2. Gasifikacija uglja - proces uključuje zagrijavanje uglja na 1000 0 C, što rezultira stvaranjem vodonika i uglja s visokim udjelom ugljika.
3. Elektroliza. Ova metoda se može koristiti samo za vodene otopine različitih soli, jer taline ne dovode do pražnjenja vode na katodi.

Laboratorijske metode za proizvodnju vodonika:

1. Hidroliza metalnih hidrida.
2. Djelovanje razrijeđenih kiselina na aktivne metale i srednju aktivnost.
3. Interakcija alkalnih i zemnoalkalnih metala sa vodom.

Da biste prikupili nastali vodonik, potrebno je epruvetu držati okrenutu naopako. Uostalom, ovaj plin se ne može prikupiti na isti način kao, na primjer, ugljični dioksid. Ovo je vodonik, mnogo je lakši od vazduha. Brzo se ispari i eksplodira kada se pomiješa sa zrakom u velikim količinama. Stoga cijev mora biti obrnuta. Nakon punjenja, mora se zatvoriti gumenim čepom.

Da biste provjerili čistoću prikupljenog vodonika, treba prinijeti upaljenu šibicu na vrat. Ako je pamuk gluh i tih, onda je plin čist, sa minimalnim nečistoćama zraka. Ako je glasan i zviždi, prljav je, sa velikim udjelom stranih komponenti.

Područja upotrebe

Kada se vodonik sagori, oslobađa se veliki broj energije (toplote), da se ovaj gas smatra najisplativijim gorivom. Osim toga, ekološki je prihvatljiv. Međutim, njegova upotreba u ovoj oblasti trenutno je ograničena. To je zbog loše osmišljenih i neriješenih problema sinteze čistog vodonika, koji bi bio pogodan za korištenje kao gorivo u reaktorima, motorima i prijenosnim uređajima, kao i kotlovima za grijanje stambenih objekata.

Uostalom, metode za dobivanje ovog plina su prilično skupe, pa je prvo potrebno razviti posebnu metodu sinteze. Onaj koji će vam omogućiti da dobijete proizvod u velikoj količini i uz minimalne troškove.

Postoji nekoliko glavnih područja u kojima se koristi plin koji razmatramo.

1. Hemijske sinteze. Hidrogenacijom se dobijaju sapuni, margarini i plastika. Uz učešće vodonika sintetišu se metanol i amonijak, kao i druga jedinjenja.
2. U prehrambenoj industriji - kao aditiv E949.
3. Vazduhoplovna industrija (raketogradnja, izgradnja aviona).
4. Elektroprivreda.
5. Meteorologija.
6. Gorivo ekološki prihvatljivog tipa.

Očigledno, vodonik je važan onoliko koliko ga ima u izobilju u prirodi. Još veću ulogu igraju različiti spojevi koji se njime formiraju.

Jedinjenja vodonika

To su složene tvari koje sadrže atome vodika. Postoji nekoliko glavnih vrsta takvih supstanci.

1. Halogenidi vodonika. Opšta formula je HHal. Od posebnog značaja među njima je hlorovodonik. To je plin koji se rastvara u vodi da bi nastao rastvor hlorovodonične kiseline. Ova kiselina je pronađena široka primena u skoro svim hemijskim sintezama. I organski i neorganski. Hlorovodonik je jedinjenje koje ima empirijsku formulu HCL i jedno je od najvećih po godišnjoj proizvodnji u našoj zemlji. Halogenidi vodonika takođe uključuju jodid vodonik, fluorovodonik i bromovodonik. Svi oni formiraju odgovarajuće kiseline.
2. Isparljivi Gotovo svi su prilično otrovni plinovi. Na primjer, sumporovodik, metan, silan, fosfin i drugi. Međutim, vrlo su zapaljive.
3. Hidridi su jedinjenja sa metalima. Spadaju u klasu soli.
4. Hidroksidi: baze, kiseline i amfoterna jedinjenja. Njihov sastav nužno uključuje atome vodika, jedan ili više. Primjer: NaOH, K 2 , H 2 SO 4 i drugi.
5. Vodonik hidroksid. Ovo jedinjenje je poznatije kao voda. Drugi naziv za vodonik oksid. Empirijska formula izgleda ovako - H 2 O.
6. Vodikov peroksid. Ovo je najjače oksidaciono sredstvo, čija je formula H 2 O 2.
7. Brojna organska jedinjenja: ugljovodonici, proteini, masti, lipidi, vitamini, hormoni, eterična ulja i dr.

Očigledno je da je raznolikost spojeva elementa koji razmatramo vrlo velika. Ovo još jednom potvrđuje njen veliki značaj za prirodu i čovjeka, kao i za sva živa bića.

je najbolji rastvarač

Kao što je gore spomenuto, uobičajeno ime za ovu supstancu je voda. Sastoji se od dva atoma vodika i jednog kisika, međusobno povezanih kovalentnim polarnim vezama. Molekul vode je dipol, što objašnjava mnoga njegova svojstva. Konkretno, činjenica da je univerzalni rastvarač.

Tačno u vodena sredina skoro sve se dešava hemijski procesi. Unutarnje reakcije plastičnog i energetskog metabolizma u živim organizmima također se odvijaju uz pomoć vodikovog oksida.

Voda se smatra najvažnijom supstancom na planeti. Poznato je da nijedan živi organizam ne može živjeti bez njega. Na Zemlji može postojati u tri agregatna stanja:

• tekućina;
• plin (para);
• čvrsta (led).

Ovisno o izotopu vodika koji je dio molekule, postoje tri vrste vode.

1. Lagani ili protium. Izotop s masenim brojem 1. Formula je H 2 O. Ovo je uobičajeni oblik koji koriste svi organizmi.
2. Deuterijum ili teški, njegova formula je D 2 O. Sadrži izotop 2 H.
3. Super teški ili tricij. Formula izgleda kao T 3 O, izotop je 3 H.

Rezerve svježe protiumske vode na planeti su veoma važne. To već nedostaje u mnogim zemljama. Razvijaju se metode za tretiranje slane vode kako bi se dobila voda za piće.

Vodikov peroksid je univerzalni lijek

Ovo jedinjenje, kao što je gore spomenuto, odlično je oksidacijsko sredstvo. Međutim, kod jakih predstavnika može se ponašati i kao reduktor. Osim toga, ima izražen baktericidni učinak.

Drugi naziv za ovo jedinjenje je peroksid. U ovom obliku se koristi u medicini. 3% otopina kristalnog hidrata predmetnog spoja je medicinski lijek koji se koristi za liječenje malih rana u cilju njihove dekontaminacije. Međutim, dokazano je da se u ovom slučaju zacjeljivanje rana s vremenom povećava.

Takođe, vodikov peroksid se koristi u raketnom gorivu, u industriji za dezinfekciju i izbjeljivanje, kao sredstvo za pjenjenje za proizvodnju odgovarajućih materijala (pjena, na primjer). Osim toga, peroksid pomaže u čišćenju akvarija, izbjeljivanju kose i izbjeljivanju zuba. Međutim, istovremeno šteti tkivima, pa ga stručnjaci ne preporučuju u tu svrhu.

MINSK VIŠE TEHNOLOGIJE I DIZAJN LAKE INDUSTRIJE

apstraktno

disciplina: Hemija

Tema: "Vodonik i njegova jedinjenja"

Pripremljen od: Student 1. godine343 grupe

Viskup Elena

Provjereno: Alyabyeva N.V.

Minsk 2009

Struktura atoma vodonika u periodnom sistemu

Stanja oksidacije

Prevalencija u prirodi

Vodonik kao jednostavna supstanca

Jedinjenja vodonika

Bibliografija

Struktura atoma vodonika u periodnom sistemu

Prvi element periodnog sistema (1. period, redni broj 1). Nema potpunu analogiju sa drugim hemijskim elementima i ne pripada nijednoj grupi, pa se u tabelama uslovno stavlja u IA grupu i/ili VIIA grupu.

Atom vodika je najmanji i najlakši među atomima svih elemenata. Elektronska formula atoma je 1s1. Uobičajeni oblik postojanja elementa u slobodnom stanju je dvoatomski molekul.

Stanja oksidacije

Atom vodonika u jedinjenjima sa više elektronegativnih elemenata pokazuje oksidaciono stanje od +1, na primer, HF, H 2 O, itd. A u jedinjenjima sa metalnim hidridima, oksidaciono stanje atoma vodika je -1, na primer NaH , CaH 2, itd. Ima prosječnu vrijednost elektronegativnosti između tipičnih metala i nemetala. Sposoban za katalitičku redukciju organski rastvarači, kao što su sirćetna kiselina ili alkohol, mnoga organska jedinjenja: nezasićena jedinjenja do zasićenih, neka jedinjenja natrijuma do amonijaka ili amina.

Prevalencija u prirodi

Prirodni vodonik se sastoji od dva stabilna izotopa - protijuma 1 H, deuterijuma 2 H i tricijuma 3 H. Na drugi način, deuterijum se označava kao D, a tricijum kao T. Moguće razne kombinacije npr. HT, HD, TD, H 2 , D 2 , T 2 . Vodik je u prirodi češći u obliku raznih jedinjenja sa sumporom (H 2 S), kiseonikom (u obliku vode), ugljenikom, azotom i hlorom. Manje često u obliku spojeva s fosforom, jodom, bromom i drugim elementima. Dio je svih biljnih i životinjskih organizama, nafte, fosilnih ugljeva, prirodnog plina, niza minerala i stijena. U slobodnom stanju se vrlo rijetko nalazi u malim količinama - u vulkanskim plinovima i produktima raspadanja organskih ostataka. Vodonik je najzastupljeniji element u svemiru (oko 75%). Nalazi se na Suncu i većini zvijezda, kao i na planetama Jupiteru i Saturnu, koji su uglavnom vodonik. Na nekim planetama vodonik može postojati u čvrstom obliku.

Vodonik kao jednostavna supstanca

Molekul vodonika sastoji se od dva atoma povezana nepolarnom kovalentnom vezom. Fizička svojstva- gas bez boje i mirisa. Širi se brže od ostalih plinova u svemiru, prolazi kroz male pore, a na visokim temperaturama relativno lako prodire u čelik i druge materijale. Ima visoku toplotnu provodljivost.

Hemijska svojstva. U svom normalnom stanju na niskim temperaturama je neaktivan, bez zagrijavanja reagira sa fluorom i hlorom (u prisustvu svjetlosti).

H 2 + F 2 2HF H 2 + Cl 2 hv 2HCl

Aktivnije je u interakciji s nemetalima nego s metalima.

Kada je u interakciji s različitim supstancama, može pokazati i oksidirajuća i redukcijska svojstva.

Jedinjenja vodonika

Jedno od jedinjenja vodonika su halogeni. Nastaju kada se vodonik spoji sa elementima VIIA grupe. HF, HCl, HBr i HI su bezbojni gasovi koji su dobro rastvorljivi u vodi.

Cl 2 + H 2 OHClO + HCl; HClO-hlorna voda

Pošto su HBr i HI tipični redukcioni agensi, oni se ne mogu dobiti reakcijom razmene kao HCl.

CaF 2 + H 2 SO 4 \u003d CaSO 4 + 2HF

Voda je najčešće jedinjenje vodonika u prirodi.

2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O

Nema boju, nema ukus, nema miris. Vrlo slab elektrolit, ali aktivno reagira s mnogim metalima i nemetalima, bazičnim i kiselim oksidima.

2H 2 O + 2Na \u003d 2NaOH + H 2

H 2 O + BaO \u003d Ba (OH) 2

3H 2 O + P 2 O 5 \u003d 2H 3 PO 4

Teška voda (D 2 O) je izotopska vrsta vode. Rastvorljivost tvari u teškoj vodi je mnogo manja nego u običnoj vodi. Teška voda je otrovna, jer usporava biološke procese u živim organizmima. Akumulira se u ostatku elektrolize tokom ponovljene elektrolize vode. Koristi se kao rashladno sredstvo i moderator neutrona u nuklearnim reaktorima.

Hidridi - interakcija vodonika sa metalima (at visoke temperature) ili nemetali manje elektronegativni od vodonika.

Si + 2H 2 \u003d SiH 4

Sam vodonik je otkriven u prvoj polovini 16. veka. Paracelsus. Godine 1776. G. Cavendish je prvi istraživao njena svojstva, 1783.-1787. A. Lavoisier je pokazao da je vodonik dio vode, uključio ga u listu hemijskih elemenata i predložio naziv "vodonik".

Bibliografija

1. M.B. Volovich, O.F. Kabardin, R.A. Lidin, L.Yu. Alikberova, V.S. Rokhlov, V.B. Pyatunin, Yu.A. Simagin, S.V. Simonovich / Priručnik za školarce / Moskva "AST-PRESS BOOK" 2003.

2. I.L. Knunyats / Hemijska enciklopedija / Moskva "Sovjetska enciklopedija" 1988.

3. I.E. Shimanovich / Hemija 11 / Minsk "Narodna Asveta" 2008.

4. F. Cotton, J. Wilkinson / Moderna anorganska hemija / Moskva "Mir" 1969.

VODIK
H (lat. hydrogenium),
najlakši gasoviti hemijski element je član IA podgrupe periodnog sistema elemenata, ponekad se naziva i VIIA podgrupa. AT zemljina atmosfera vodonik u nevezanom stanju postoji samo djeliće minute, njegova količina je 1-2 dijela na 1.500.000 dijelova zraka. Obično se oslobađa sa drugim gasovima tokom vulkanskih erupcija, iz naftnih bušotina i na mestima gde se razlažu velike količine organske materije. Vodik se kombinuje sa ugljenikom i/ili kiseonikom u organskim materijama kao što su ugljeni hidrati, ugljovodonici, masti i životinjski proteini. U hidrosferi, vodonik je dio vode, najčešće jedinjenje na Zemlji. U stijenama, zemljištu, zemljištu i drugim dijelovima zemljine kore Vodik se spaja sa kiseonikom i formira vodu i hidroksidni jon OH-. Vodonik čini 16% svih atoma u zemljinoj kori, ali samo oko 1% mase, jer je 16 puta lakši od kiseonika. Masa Sunca i zvijezda je 70% vodonikove plazme: u svemiru je to najčešći element. Koncentracija vodonika u Zemljinoj atmosferi raste s visinom zbog njegove male gustine i sposobnosti da se podigne do velike visine. Meteoriti pronađeni na površini Zemlje sadrže 6-10 atoma vodika na 100 atoma silicijuma.
Istorijat. Još jedan nemački lekar i prirodnjak Paracelzus iz 16. veka. odredio zapaljivost vodonika. Godine 1700. N. Lemery je otkrio da plin koji se oslobađa djelovanjem sumporne kiseline na željezo eksplodira u zraku. Vodonik kao element identifikovao je G. Cavendish 1766. godine i nazvao ga "zapaljivim vazduhom", a 1781. dokazao da je voda proizvod njene interakcije sa kiseonikom. Latinski hidrogenijum, koji dolazi od grčke kombinacije "rađanje vode", ovom elementu je dodelio A. Lavoisier.
Opće karakteristike vodonika. Vodonik je prvi element u periodnom sistemu elemenata; njegov atom se sastoji od jednog protona i jednog elektrona koji se okreću oko njega
(vidi i PERIODIČNI TABEL ELEMENTA).
Jedan od 5000 atoma vodika odlikuje se prisustvom jednog neutrona u jezgru, što povećava masu jezgra sa 1 na 2. Ovaj izotop vodonika naziva se deuterijum 21H ili 21D. Drugi, rjeđi izotop vodonika sadrži dva neutrona u jezgru i naziva se tricij 31H ili 31T. Tricij je radioaktivan i raspada se oslobađanjem helija i elektrona. Jezgra različitih izotopa vodika razlikuju se po spinovima protona. Vodik se može dobiti a) djelovanjem aktivnog metala na vodu, b) djelovanjem kiselina na određene metale, c) djelovanjem baza na silicijum i neke amfoterne metale, d) djelovanjem pregrijane pare na uglja i metana, kao i na gvožđe, e) elektrolitičkom razgradnjom vode i termičkom razgradnjom ugljovodonika. Hemijska aktivnost vodika određena je njegovom sposobnošću da donira elektron drugom atomu ili ga dijeli gotovo jednako s drugim elementima u formiranju kemijske veze, ili da pričvrsti elektron na drugi element u kemijskom spoju zvanom hidrid. Vodik koji proizvodi industrija koristi se u velikim količinama za sintezu amonijaka, azotna kiselina, metalni hidridi. Prehrambena industrija koristi vodonik za hidrogenizaciju (hidrogenaciju) tečnih biljnih ulja u čvrste masti (npr. margarin). Hidrogenacija pretvara zasićena organska ulja koja sadrže dvostruke veze između atoma ugljika u zasićena koja imaju jednostruke veze ugljik-ugljik. Tečni vodonik visoke čistoće (99,9998%) koristi se u svemirskim raketama kao visoko efikasno gorivo.
fizička svojstva. Ukapljivanje i očvršćavanje vodonika zahteva veoma niske temperature i visoke pritiske (pogledajte tabelu svojstava). AT normalnim uslovima vodonik je bezbojni plin, bez mirisa i ukusa, vrlo lagan: 1 litar vodonika na 0°C i atmosferski pritisak ima masu od 0,08987 g (uporedi gustinu vazduha i helijuma 1,2929 i 0,1785 g/l, respektivno; stoga balon ispunjen helijumom i sa istim sila dizanja, kao i balon vodonika, trebao bi imati 8% veći volumen). Tabela prikazuje neka fizička i termodinamička svojstva vodika. SVOJSTVA OBIČNOG VODNIKA
(na 273,16 K ili 0°C)
Atomski broj 1 Atomska masa 11H 1.00797 Gustina, g/l

at normalan pritisak 0,08987 na 2,5*10 5 atm 0,66 na 2,7*10 18 atm 1,12*10 7

Kovalentni poluprečnik, 0,74 Tačka topljenja, ° C -259,14 Tačka ključanja, ° C -252,5 Kritična temperatura, ° C -239,92 (33,24 K) Kritični pritisak, atm 12,8 (12,80 K) Toplotni kapacitet, J/(molChK) 28,8 (molChK) 28,8 (molChK) Rastvorljivost

u vodi, vol/100 zapremina H2O (pod standardnim uslovima) 2,148 u benzenu, ml/g (35,2°C, 150,2 atm) 11,77 u amonijaku, ml/g (25°C) na 50 atm 4,47 na 1000 atm 79.25

Oksidacija -1, +1
Struktura atoma. Obični atom vodika (protium) sastoji se od dvije osnovne čestice (protona i elektrona) i ima atomsku masu 1. Zbog ogromne brzine elektrona (2,25 km/s ili 7*1015 o/s) i njegove dualističke prirode korpuskularnog talasa, nemoguće je precizno odrediti koordinatu (položaj) elektrona u bilo kojoj ovog trenutka vrijeme, ali postoje neke oblasti velike vjerovatnoće pronalaženja elektrona, a one određuju veličinu atoma. Većina hemijskih i fizičkih svojstava vodonika, posebno onih vezanih za ekscitaciju (apsorpciju energije), je matematički tačno predviđena (vidi SPEKTROSKOPIJA). Vodik je sličan alkalnim metalima po tome što su svi ovi elementi u stanju donirati elektron atomu akceptora kako bi formirali kemijsku vezu koja može varirati od djelomično ionske (prijenos elektrona) do kovalentne (zajednički elektronski par). Sa jakim akceptorom elektrona, vodonik formira pozitivan H+ jon; proton. U elektronskoj orbiti atoma vodika mogu biti 2 elektrona, tako da je i vodonik u stanju da prihvati elektron, formirajući negativni ion H-, hidridni ion, a to vodi vodik u srodstvo sa halogenima, koji se odlikuju prihvatanjem elektrona. sa formiranjem negativnog halogenidnog jona tipa Cl-. Dualizam vodonika se ogleda u tome što je u periodnom sistemu elemenata smešten u podgrupu IA (alkalni metali), a ponekad i u podgrupu VIIA (halogeni) (vidi i HEMIJU).
Hemijska svojstva. Hemijska svojstva vodonika određena su njegovim jednim elektronom. Količina energije potrebna da se ovaj elektron odvoji veća je nego što može pružiti bilo koji poznati hemijski oksidant. Dakle hemijska veza vodonik sa drugim atomima je bliži kovalentnom nego ionskom. Čisto kovalentna veza nastaje kada se formira molekul vodonika: H + H H2
Formiranjem jednog mola (tj. 2 g) H2 oslobađa se 434 kJ. Čak i na 3000 K stepen disocijacije vodonika je veoma nizak i iznosi 9,03%, na 5000 K dostiže 94%, a tek na 10000 K disocijacija postaje potpuna. Kada se od atomskog vodonika i kiseonika (4H + O2 -> 2H2O) formiraju dva mola (36 g) vode, oslobađa se više od 1250 kJ i temperatura dostiže 3000-4000 °C, dok sagorevanje molekularnog vodonika (2H2 + O2 -> 2H2O) oslobađa samo 285,8 kJ, a temperatura plamena dostiže samo 2500 °C. Na sobnoj temperaturi vodonik je manje reaktivan. Da biste pokrenuli većinu reakcija, potrebno je slomiti ili olabaviti jaka veza H-H, troši puno energije. Brzina reakcija vodika povećava se upotrebom katalizatora (metali platinaste grupe, prelazni oksidi ili teški metali) i metode pobuđivanja molekula (svjetlost, električno pražnjenje, električni luk, visoke temperature). U takvim uslovima, vodonik reaguje sa skoro svim elementima osim plemenitih gasova. Aktivni alkalni i zemnoalkalni elementi (npr. litijum i kalcijum) reaguju sa vodonikom, kao donori elektrona i formirajući jedinjenja koja se nazivaju hidridi soli (2Li + H2 -> 2LiH; Ca + H2 -> CaH2).
Općenito, spojevi koji sadrže vodonik nazivaju se hidridi. Širok spektar svojstava takvih jedinjenja (ovisno o atomu koji je povezan s vodonikom) objašnjava se sposobnošću vodonika da ispoljava naboj od -1 do skoro +1. Ovo se jasno očituje u sličnosti između LiH i CaH2 i soli poput NaCl i CaCl2. Vjeruje se da je u hidridima vodonik negativno nabijen (H-); takav ion je redukcijski agens u kiseloj vodenoj sredini: 2H- H2 + 2e- + 2,25B. H- jon je u stanju da reducira vodeni proton H+ u vodonik: H- + H2O (r) H2 + OH-.
Jedinjenja vodika sa borom - borohidridi (borohidridi) - predstavljaju neobičnu klasu supstanci zvanih borani. Njihov najjednostavniji predstavnik je BH3, koji postoji samo u stabilnom obliku diborana B2H6. Veze sa velika količina atomi bora dobijaju Različiti putevi. Na primjer, poznati su tetraboran B4H10, stabilni pentaboran B5H9 i nestabilni pentaboran B5H11, heksaboran B6H10, dekaboran B10H14. Diboran se može dobiti iz H2 i BCl3 preko intermedijera B2H5Cl, koji je nesrazmjeran sa B2H6 na 0°C, kao i reakcijom LiH ili litijum aluminijum hidrida LiAlH4 sa BCl3. U litijum aluminijum hidridu (kompleksno jedinjenje - hidrid soli), četiri atoma vodika formiraju kovalentne veze sa Al, ali postoji jonska veza Li + sa [] -. Drugi primjer jona koji sadrži vodonik je borohidridni jon BH4-. Slijedi približna klasifikacija hidrida prema njihovim svojstvima prema položaju elemenata u periodnom sistemu elemenata. Hidridi prelaznih metala nazivaju se metalni ili intermedijarni hidridi i često ne formiraju stehiometrijska jedinjenja, tj. omjer atoma vodika i metala se ne izražava kao cijeli broj, na primjer, vanadij hidrid VH0.6 i torijum hidrid ThH3.1. Metali platinaste grupe (Ru, Rh, Pd, Os, Ir i Pt) aktivno apsorbuju vodonik i služe kao efikasni katalizatori za reakcije hidrogenacije (na primjer, hidrogenacija tečnih ulja u masti, konverzija dušika u amonijak, sinteza metanola CH3OH iz CO). Hidridi Be, Mg, Al i podgrupe Cu, Zn, Ga su polarni, termički nestabilni.

Nemetali formiraju hlapljive hidride opšta formula MHx (x je cijeli broj) s relativno niskom tačkom ključanja i visokog pritiska isparenja. Ovi se hidridi značajno razlikuju od hidrida soli u kojima vodik ima negativniji naboj. U hlapljivim hidridima (na primjer, ugljikovodici) dominira kovalentna veza između nemetala i vodika. Kako se nemetalni karakter povećava, nastaju jedinjenja sa djelimično jonskom vezom, na primjer H + Cl-, (H2) 2 + O2-, N3-(H3) 3 +. U nastavku su dati zasebni primjeri formiranja različitih hidrida (toplina formiranja hidrida je navedena u zagradama):

Izomerija i izotopi vodonika. Atomi izotopa vodika nisu slični. Obični vodonik, protij, je uvijek proton oko kojeg se okreće jedan elektron, koji se nalazi na velikoj udaljenosti od protona (u odnosu na veličinu protona). Obje čestice imaju spin, tako da se atomi vodika mogu razlikovati ili po spinu elektrona, ili po spinu protona, ili oboje. Atomi vodika koji se razlikuju po spinu protona ili elektrona nazivaju se izomeri. Kombinacija dva atoma sa paralelnim spinovima dovodi do formiranja molekula "ortovodonika", a sa suprotnim spinovima protona - do molekula "paravodonika". Hemijski, oba molekula su identična. Ortovodonik ima vrlo slab magnetni moment. U sobi ili povišena temperatura oba izomera, ortovodonik i paravodonik, obično su u ravnoteži u omjeru 3:1. Kada se ohladi na 20 K (-253°C), sadržaj paravodonika se povećava na 99%, jer je stabilniji. Kada se ukapljuje industrijskim metodama pročišćavanja, orto oblik prelazi u para formu sa oslobađanjem toplote, što uzrokuje gubitak vodika isparavanjem. Brzina konverzije orto oblika u para formu se povećava u prisustvu katalizatora kao što je drveni ugljen, nikl oksid, hrom oksid na bazi glinice. Protij je neobičan element jer nema neutrone u svom jezgru. Ako se u jezgri pojavi neutron, tada se takav vodik naziva deuterijum 21D. Elementi sa istim brojem protona i elektrona i različit iznos neutroni se nazivaju izotopi. Prirodni vodonik sadrži mali udio HD i D2. Slično, prirodna voda sadrži niske koncentracije (manje od 0,1%) DOH i D2O. Teška voda D2O, koja ima masu veću od H2O, razlikuje se po fizičkim i hemijskim svojstvima, na primjer, gustina obične vode je 0,9982 g / ml (20 ° C), a teške - 1,105 g / ml, tačka topljenja obične vode je 0,0°C, a teške - 3,82°C, tačka ključanja je 100°C i 101,42°C, respektivno. Reakcije koje uključuju D2O se odvijaju nižom brzinom (na primjer, elektroliza prirodna voda koji sadrži primjesu D2O, uz dodatak alkalnog NaOH). Brzina elektrolitičke razgradnje protium oksida H2O veća je od D2O (uzimajući u obzir stalno povećanje udjela D2O podvrgnutog elektrolizi). Zbog blizine svojstava protijuma i deuterijuma, moguće je zameniti protijum deuterijumom. Takve veze se nazivaju etiketama. Miješanjem jedinjenja deuterijuma sa običnom supstancom koja sadrži vodonik, moguće je proučavati načine, prirodu i mehanizam mnogih reakcija. Ova metoda se koristi za proučavanje bioloških i biohemijskih reakcija, na primjer, procesa probave. Treći izotop vodonika, tricijum (31T), prisutan je u prirodi u tragovima. Za razliku od stabilnog deuterija, tricijum je radioaktivan i ima poluživot od 12,26 godina. Tricijum se raspada u helijum (32He) uz oslobađanje b-čestice (elektrona). Tritij i metalni tritidi se koriste za proizvodnju nuklearne energije; na primjer, u hidrogenska bomba javlja se sljedeća reakcija fuzije: 21H + 31H -> 42He + 10n + 17,6 MeV
Dobijanje vodonika.Često je dalja upotreba vodika određena prirodom same proizvodnje. U nekim slučajevima, na primjer, u sintezi amonijaka, male količine dušika u izvornom vodiku, naravno, nisu štetna nečistoća. Primjesa ugljičnog monoksida(II) također neće smetati ako se vodik koristi kao redukcijski agens. 1. Najveća proizvodnja vodonika zasniva se na katalitičkoj konverziji ugljovodonika parom prema šemi CnH2n + 2 + nH2O (r) nCO + (2n + 1)H2 i CnH2n + 2 + 2nH2O (r) nCO2 + (3n + 1)H2. Temperatura procesa zavisi od sastava katalizatora. Poznato je da se temperatura reakcije sa propanom može smanjiti na 370°C upotrebom boksita kao katalizatora. Do 95% proizvedenog CO se troši u daljoj reakciji sa vodenom parom: H2O + CO -> CO2 + H2
2. Metoda vodenog plina osigurava značajan dio ukupne proizvodnje vodonika. Suština metode je reakcija vodene pare sa koksom kako bi se formirala mješavina CO i H2. Reakcija je endotermna (DH° = 121,8 kJ/mol) i odvija se na 1000° C. Zagrijani koks se obrađuje parom; oslobođena mješavina pročišćenog plina sadrži malo vodonika, veliki postotak CO i malu primjesu CO2. Da bi se povećao prinos H2, CO monoksid se uklanja daljnjim tretmanom parom na 370°C, proizvodeći više CO2. Ugljični dioksid se prilično lako uklanja propuštanjem mješavine plina kroz čistač koji se navodnjava protustrujnom vodom. 3. Elektroliza. U elektrolitičkom procesu, vodik je zapravo nusproizvod proizvodnje glavnih proizvoda, hlora i alkalija (NaOH). Elektroliza se izvodi u slabo alkalnom vodenom mediju na 80°C i naponu od oko 2V, koristeći željeznu katodu i niklovanu anodu:

4. Metoda gvožđe-para, prema kojoj se para na 500-1000°C propušta preko gvožđa: 3Fe + 4H2O Fe3O4 + 4H2 + 160,67 kJ. Vodik proizveden ovom metodom obično se koristi za hidrogeniranje masti i ulja. Sastav željeznog oksida ovisi o temperaturi procesa; za nC + (n + 1)H2
6. Sljedeća po proizvodnji je metanol-parna metoda: CH3OH + H2O -> 3H2 + CO2. Reakcija je endotermna i izvodi se na 260°C VODIKA u konvencionalnim čeličnim reaktorima pri pritiscima do 20 atm. 7. Katalitička razgradnja amonijaka: 2NH3 -> Reakcija je reverzibilna. Uz male potrebe za vodonikom, ovaj proces je neekonomičan. Postoje također razne načine proizvodnja vodonika, koja, iako nije od velike industrijske važnosti, u nekim slučajevima može biti ekonomski najpovoljnija. Veoma čisti vodonik se dobija hidrolizom prečišćenih hidrida alkalnih metala; u ovom slučaju nastaje mnogo vodonika iz male količine hidrida: LiH + H2O -> LiOH + H2
(Ova metoda je pogodna kada se dobijeni vodonik koristi direktno.) Kada kiseline reaguju s aktivnim metalima, također se oslobađa vodonik, ali je obično kontaminiran kiselinom ili drugim plinovitim produktom, kao što je fosfin PH3, sumporovodik H2S, arsin AsH3. Najaktivniji metali, u reakciji sa vodom, istiskuju vodonik i formiraju alkalni rastvor: 2H2O + 2Na -> H2 + 2NaOH Uobičajeni laboratorijska metoda dobijanje H2 u Kipp aparatu reakcijom cinka sa klorovodičnom ili sumpornom kiselinom:
Zn + 2HCl -> ZnCl2 + H2. Hidridi zemnoalkalnih metala (npr. CaH2), kompleksni hidridi soli (npr. LiAlH4 ili NaBH4) i neki borohidridi (npr. B2H6) oslobađaju vodonik kada reaguju sa vodom ili tokom termičke disocijacije. Mrki ugalj i para na visokoj temperaturi također djeluju u interakciji s oslobađanjem vodonika.
Prečišćavanje vodonika. Stepen potrebne čistoće vodonika određuje se njegovim obimom. Primjesa ugljičnog dioksida uklanja se smrzavanjem ili ukapljivanjem (na primjer, propuštanjem plinovite smjese kroz tekući dušik). Ista nečistoća se može potpuno ukloniti propuštanjem vode. CO se može ukloniti katalitičkom konverzijom u CH4 ili CO2 ili ukapljivanjem sa tretmanom tečnim azotom. Nečistoća kiseonika nastala tokom procesa elektrolize uklanja se u obliku vode nakon iskričnog pražnjenja.
Upotreba vodonika. Vodonik se uglavnom koristi u hemijskoj industriji za proizvodnju hlorovodonika, amonijaka, metanola i drugih organskih jedinjenja. Koristi se u hidrogenizaciji ulja, kao i uglja i nafte (za pretvaranje goriva niskog kvaliteta u visokokvalitetna). U metalurgiji se vodik koristi za redukciju nekih obojenih metala iz njihovih oksida. Vodik se koristi za hlađenje snažnih električnih generatora. Izotopi vodika se koriste u nuklearnoj energiji. Vodonik-kiseonički plamen se koristi za rezanje i zavarivanje metala.
LITERATURA
Nekrasov B.V. Osnove opšte hemije. M., 1973. Tečni vodonik. M., 1980 Vodik u metalima. M., 1981

Collier Encyclopedia. - Otvoreno društvo. 2000 .

Sinonimi:

Pogledajte šta je "VODIK" u drugim rječnicima:

Tabela nuklida Opće informacije Naziv, simbol Vodik 4, 4H Neutroni 3 Protoni 1 Svojstva nuklida Atomska masa 4.027810 (110) ... Wikipedia

Tabela nuklida Opšte informacije Naziv, simbol Vodonik 5, 5H Neutroni 4 Protoni 1 Svojstva nuklida Atomska masa 5.035310 (110) ... Wikipedia

Tabela nuklida Opšte informacije Naziv, simbol Vodonik 6, 6H Neutroni 5 Protoni 1 Svojstva nuklida Atomska masa 6,044940 (280) ... Wikipedia

Tabela nuklida Opšte informacije Naziv, simbol Vodonik 7, 7H Neutroni 6 Protoni 1 Svojstva nuklida Atomska masa 7,052750 (1080) ... Wikipedia